飞机数字化自动制孔控制技术

周娟勤 惠利军

摘 要：制孔作业在飞机制造生产中具有重要地位，其与后续制造生产活动顺利进行具有直接关系。若制孔作业精准性或效率欠佳，必将对飞机制造生产质量产生影响，并造成严重经济损失。因此为避免上述现象发生，本文通过实际调查及分析文献资料，对飞机数字化自动制孔控制技术进行研究，并对自动制孔系统设计方法进行分析，以期可以为工作人员开展工作提供可靠依据。

关键词：数字化;飞机;自动制孔

引言：在现代科学技术持续发展的背景下，飞机传统手工制孔方法已无法满足社会需求。传统制孔方法不仅制孔流程较为繁琐，而且孔定位精准性欠佳，极易对飞机整体质量产生影响。因此为保障飞机制造生产质量，必须对飞机数字化自动制孔控制技术形成正确认知，充分掌握其核心内容，并对自动制孔系统进行科学设计，以此为飞机制孔效果提供保障，该点对促进飞机制造业发展具有重要意义。

1.自动制孔系统整体设计

1.1自动制孔功能要求

针对自动制孔存在的功能要求而言，其主要包括以下几项内容：①应具备压紧结构夹层、制孔及啄钻等功能;②应具备对工件进行固定的功能，且设备工作头应具备根据实际需求对孔位进行自动化检测的功能;③应具备对切削力、孔位精准性、切削功率等方面的在线检测功能;④应具备去屑及吸尘功能;⑤应具备对钻头进行微量自动润滑及冷却的功能;⑥应具备对钻头进行自动更换的功能;⑦在夹层厚度处于25mm左右，且紧固件孔径处于6.4mm左右的情况下，制孔效率应大于或等于每分钟6个;⑧定位精准性必须处于±0.3mm左右，且重复定位的精准性必须超过±0.15mm。

1.2自动制孔系统组成及流程规划

1.2.1系统组成

针对活动面数字化制孔系统平台的总体结构而言，其重要基础是KUKA工业机器人[1]。总体系统平台包括的内容主要有以下几项：激光跟踪仪器、柔性工装、工业机器人、中央控制系统及终端执行器等。其中，终端执行器具备多项功能，能够为压紧及制孔等作业顺利实施提供保障。夹持产品是柔性工程的主要任务之一、对各方面生产现场进行控制与调节是中央控制系统的主要任务、进行装配系统数字化测量作业是激光跟踪仪器的主要任务。

1.2.2流程规划

从整体的角度出发，可发现飞机数字化自动制孔控制系统的生产流程具有较高的复杂性，主要包括以下几项内容：①起始化系统，并对相关设备进行预先加热;②对应试钻，并严格做好打点验证工作;③对生产编制的NC程序进行输入，严格依照相关标准对程序与执行代码进行处置;④充分结合不同分站点循环制孔，以此开展流程生产。在实际生产过程中，应在某处站点完成后开展后续站点生产作业。针对制孔循环而言，其主要内容如下：①起始化系统;②标准偏差补偿;③对法向进行寻找;④对自动制孔进行循环;⑤进行系统加工循环;⑥对站点进行切换，直至加工生产作业结束。

1.3自动制孔控制系统方案设计

1.3.1硬件组态

针对控制计算机与机器人而言，其以PROFIBUS—DP总线与以太网为基础进行衔接，机器人的运行控制与控制系统网络组态能够对衔接层面进行利用，以此实现网络组态。在科学利用EtherCAT总线，且连接控制计算器与PLC系统的情况下，将实现对相应数字量模拟量信号进行搜集与控制。激光跟踪仪器能够对控制计算机与以太网衔接进行使用，并通过相应的离线编程，对计算机软件进行控制，以此获取激光跟踪仪器的测量数据信息。在引入现场网络系统的情况下，不仅连线长度将明显缩减，而且连线繁杂性与硬件电路出现故障的可能性也将显著降低，该点对提高控制系统可靠性具有重要作用。在此基础上，工作人员将实现通过互联网对全部子站点数据信息进行便捷查找。

1.3.2软件框架设计

自动制孔控制系统作业能够根据实际需求对实时处置与非实时数据信息进行管理或展示。系统主要具备以下几项功能：对工业机器人与终端执行器进行控制，并根据实际状况研发以太网通讯端口。对EtherCAT通讯端口进行研发，并设计相应模块。控制系统包括的内容主要有对精度进行补偿与对过程进行控制等[2]。其中，对过程进行控制主要指控制相应的工业机器人，对刀具系统与终端执行器进行更换等。工业机器人能够顺利完成空间绝对定位精度，并对精度补偿重载。对伺服运动进行控制与科学规划PLC作业在TwinCAT系统中具有重要地位。针对该系统而言，其能够对软件系统的内在通讯进行控制，以此实现ADS数字化设备组件。在实际设计中，可对以太网VC++离线编程进行利用，以此提高控制软件与工业机器人控制器的关联性。

2.自动制孔定位精度控制技术

2.1数字化机器人定位控制

针对该系统而言，其包括的技术手段主要有机器人自动更换刀具控制技术与外部自动控制技术。其中，由于在实际制孔中需要多种不同类型的刀具满足孔径具有的需求，故而自动更换刀具技术具有重要地位。从现实角度出发，可发现KUKA CP5614现场网络端口卡具备良好的应用效果，其能够为系统提供相应的输入或输出接口，全面提高自动化更换刀具的便捷性。在实际工作中，可通过系统完成对网络端口的安装作业、自动松闸换刀及查找相应刀具等多项工作。外部自动控制技术主要内容如下：在实际工作中，若选择对具有关联性的产品线进行研发，必须对中央控制器进行合理使用，以此达到选取开启机器人代码的目的。在利用外部自动形式端口的情况下，控制计算机系统将与机器人控制器进行连接并通讯，并对差别机器人代码进行启动，例如对刀具代码进行更换及生产加工流程等。在机器人控制系统的作用下，将实现对操作形态讯息及失误讯息等进行输送，使其传输到计算机系统中。在系统进行飞机制造作业的过程中，需要对差别代码进行执行，因此如何科学选取与转换代码具有重要地位。在实际工作中，可选择对手工选取方式进行利用，以此对相应代码进行撤销与启动。由于数字化制造过程不需要人为操作，故而其能够有效避免人为因素对制造过程产生影响，进而提高系统稳定性与飞机整体质量。此外，可根据实际状况选择对外部数字化控制形式进行利用，以此控制数字化代码。

2.2自动制孔精确定位控制技术

通过实际调查可以发现，数字化自动制孔控制系统机器人具备多项优势，主要有节省生产制造空间、稳定性相对较高、良好的柔性等。相较于传统数控生产加工，机器人能够显著降低成本，并全面提高生产效率。针对传统机器人而言，其由多个关节臂连接的开式运动链组成，具有稳定性较弱、精准性欠佳及刚性较弱等多项缺陷，致使传统机器人在数字化现代装配中存在一定程度的局限性[3]。因此应对数字化工业机器人制造系统进行科学利用，配置相应的终端执行器，全面增加机器人实际制造范围，促使不同姿势状态下的定位精度显著提高。在此基础上，上述缺陷将得到有效解决，该点对提高飞机制造效果具有重要作用。

结束语：綜上所述，当前飞机制孔作业中存在精准性欠佳及生产效率较低等多项缺陷，导致飞机质量受到严重影响，该点对保障飞机制业健康发展极为不利。因此必须对数字化自动制孔控制技术形成正确认知，并对数字化自动制孔系统进行科学设计，全面提高制孔精准性及效率，并为飞机制造生产质量提供保障。基于此，我国飞机制造业将稳定发展。

参考文献：

[1]薛宏.飞机活动翼面自动制孔工艺装备设计技术[J].内燃机与配件，2021，25（07）：32-33.

[2]罗群，薛宏，刘博锋，刘思悦，李城.飞机自动制孔离线编程数据准确提取技术[J].航空制造技术，2021，64（04）：97-102.

[3]张辉，潘新.机器人自动制孔系统精度标定方法研究[J].机械科学与技术，2020，39（05）：815-820.